燃料电池
应用于固体氧化物燃料电池新的电解质材料
2019/10/15 12:33:58
2024
日本材料料学国家研究院（Japan’s National Institute for Material Science）的燃料电池纳米材料研究团只于2010年11月29日宣布，成功开发二种类型新材料，可满足固体氧化物燃料电解质所有的三种要求：高的离子传导性、化学稳定性和烧结性。电池(SOFC)
该研究团队于2010年9月20日曾在《自然材料杂志（journal Nature Materials）》上披露，引入了高性能材料，甚至在较低温度下也有很高的质子传导性，但是需采用称之为脉冲激光沉积法的特种技术来制取。在新的研究中，高性能的电解质材料可采用简单的共模压和再在空气中烧结来获取，适宜于大批量生产。这一结果可望促进固体氧化物燃料电池(SOFC)的商业化。
采用被钇掺杂的钡锆酸盐，拥有10 mol%镨(BZPY)，加入Pr可改进BZY的可烧结性，并且密实的样品可在1500°C下烧结8个小时后获得。这种材料显示出非常高的质子传导性(600°C时高于0.01S/cm)，可与BCZY的质子传导性相比拟，现已提议用作质子传导体的电解质，拥有更好的化学品稳定性，因而应用于燃料电池设备具有可靠性。图1示明燃料电池测试情况。
图1. 燃料电池测试情况。 左为BZPY基单一电池在燃料电池测试后的情况，右为BZPY基燃料电池在550、600和650℃测试后的电压和电力密度曲线
SOFC的工作温度可降低至低于700 °C，这是这类设施广泛实用所必须的。被钇掺杂的钡锆酸盐(BZY)现已被考虑作为SOFC中常规使用的氧离子传导体电解质的替代品，因为它在低温下拥有较高的质子传导性。
采用这种电解质膜的燃料电池表明，对于BZY-基电解质，最大的燃料电池性能在600 °C下可达0.169 W/cm2。采用这种方法制取的BZY膜表明有极好的化学品稳定性，有潜力可长期使用。
这二种材料有希望作为SOFC在中等温度范围内（500~650 °C）工作的电解质材料，可减少SOFC的组装和操作费用，因而可加速推向商业化。
